CN116797106A - 一种植保无人机作业效果评价系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种植保无人机作业效果评价系统，尤其涉及植保无人机技术领域，所述系统包括，采集模块，采集农作物生长参数和环境参数，分析模块，对植保无人机的飞行参数和喷药速率进行分析，调整模块，对植保无人机飞行参数的分析过程进行调整，推送模块，用以对植保无人机飞行参数和喷药速率的分析结果进行进行推送，获取模块，用以获取农作物图像中的叶片图像，评价模块，获取的叶片的图像信息对植保无人机的作业效果进行评价，评价优化模块，对植保无人机的作业效果的评价过程进行优化，反馈优化模块，用以根据农作物的产量对下一生产周期植保无人机的飞行参数的分析过程进行优化，本发明提高了对植保无人机作业效果的评价效率。
Description
技术领域
本发明涉及植保无人机技术领域，尤其涉及一种植保无人机作业效果评价系统。
背景技术
植保无人机是指用于农田和农作物保护的无人机技术，它结合了无人机技术、传感器技术和农业知识，旨在提高农作物的生长质量和产量，同时减少农药和资源的使用。
植保无人机作业效果评价系统通过采集农作物的生长参数和环境参数对植保无人机的飞行参数进行分析，并根据农作物叶片损害度对植保无人机的作业效果进行评价，从而提高植保无人机的作业效率，进而提高对植保无人机作业效果的评价效率。
中国专利公开号：CN115630770A公开了一种基于植保无人机的作业效果评价方法、系统及介质，包括：根据第一评价结果或者第二评价结果得到当前植保无人机作业区域的作业效果图，基于当前植保无人机作业区域的作业效果图生成各个作业区域的作业纠正建议；根据作业纠正建议生成相关措施，并将相关措施传输至植保无人机远程控制终端。通过本方法能够对植保无人机的作业数据进行评价，从而根据评价结果能够提供相应的调整措施，使得植保无人机在作业时更加合理；本发明能够根据植保无人机作业区域的信道传输的有效性来调整当前区域的数据传输设施，改善了植保无人机在作业过程中的数据传输时延问题，为植保无人机精准施药提供了有效的措施；由此可见，所述该方案在对植保无人机的作业效果进行评价时仅对风力和气候因素进行分析，未针对植保无人机的飞行参数进行分析，且未考虑到农作物的生长情况等因素，存在对植保无人机的作业效果评价效率低的问题。
发明内容
为此，本发明提供一种植保无人机作业效果评价系统，用以克服现有技术中对植保无人机的作业效果评价效率低的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种植保无人机作业效果评价系统，所述系统包括，
采集模块，用以采集农作物生长参数和环境参数；
分析模块，用以根据采集的农作物的生长阶段、作业区域信息、风速和风向对植保无人机的飞行参数和喷药速率进行分析；
调整模块，用以根据采集到的农田的海拔高度与环境湿度对植保无人机飞行参数的分析过程进行调整；
推送模块，用以对植保无人机飞行参数和喷药速率的分析结果进行进行推送；
获取模块，用以获取农作物图像中的叶片图像；
评价模块，用以根据获取的叶片的图像信息对植保无人机的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机飞行参数的分析过程进行校正，所述评价模块设有损害度计算单元，其用以根据获取的叶片图像信息计算叶片损害度，所述评价模块还设有评价单元，其用以根据叶片损害度的计算结果对植保无人机的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机喷洒速率的分析过程进校正；
评价优化模块，用以根据采集的环境温度和降水量对植保无人机的作业效果的评价过程进行优化；
反馈优化模块，用以根据农作物的产量对下一生产周期植保无人机的喷洒速率的分析过程进行优化。
进一步地，所述分析模块设有飞行轨迹分析单元，所述飞行轨迹分析单元根据采集的作业区域信息对植保无人机的飞行轨迹进行分析，所述飞行轨迹单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y),其中:
当i为奇数时，所述飞行轨迹分析单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y)=Pi(a×i,|cos(i-1)|×(π/2)×y0);
当i为偶数时，所述飞行轨迹分析单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y)=Pi(a×(i-1),|cos(i-1)|×(π/2)×y0);
所述飞行轨迹分析单元将各轨迹点按照排列顺序连接成曲线，并将该曲线作为植保无人机的飞行轨迹；
其中,a为预设喷洒宽度的1/2，x0为农田外切矩形的长度，y0为农田外切矩形的宽度，0＜i≤i’,其中i’为x0/2a+1向上取整的结果，当喷洒宽度为2a时，所述植保无人机的预设最大飞行高度为L0。
进一步地，所述分析模块还设有飞行高度分析单元，所述飞行高度分析单元根据采集的农作物生长高度对植保无人机的飞行高度进行分析，所述飞行高度分析单元将植保无人机的飞行高度设为L，设定L=L1+△L，当L＞L0时，取L=L0，其中L1为采集的农作物的生长高度，△L为预设高度；
当L＜L2时，所述植保无人机的最大预设飞行速度为Vv1；
当L2≤L≤L0时，所述植保无人机的最大预设飞行速度为Vv2，Vv1＜Vv2，其中L2为预设高度阈值，Vv1为第一速度阈值，Vv2为第二速度阈值。
进一步地，所述分析模块还设有飞行速度分析单元，所述飞行速度分析单元将采集的风向角θ1与植保无人机的飞行角度θ2进行差值计算，并根据计算结果△θ和采集的风速v0对植保无人机的飞行速度进行分析，其中：
当△θ＜θ3且v0＜v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V1,设定V1=V0-V0’×(1-△θ/θ3)；
当△θ＜θ3且v0≥v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V2,设定V1=V0-V0’×(1-△θ/θ3)×[1-(v1-v0)/(v1+v0)];
当△θ≥θ3且v0＜v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V3,设定V3=V0+V0’×[1-(△θ-θ3)/θ3];
当△θ≥θ3且v0≥v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V4,设定V4=V0+V0’×[1-(△θ-θ3)/θ3]×[1-(v1-v0)/(v1+v0)];
其中,△θ=|θ1-θ2|，V0为预设速度，V0’为预设标准速度差；
当L2≤L≤L0且Vd＞Vv1时，取Vd=Vv1;
当L≤L2且Vd＞Vv2时，取Vd=Vv2。
进一步地，所述分析模块还设有喷药速率分析单元，所述喷药速率分析单元获取农作物生长阶段，并根据不同生长阶段的用药量和飞行速度的分析结果对植保无人机的喷药速率进行分析，其中：
当农作物的生长状态为幼苗期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s1，并将植保无人机的喷药速率设为F1,设定F1=s1/(T预×Vd×2a);
当农作物的生长状态为生长期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s2，并将植保无人机的喷药速率设为F2,设定F2=s2/(T预×Vd×2a);
当农作物的生长状态为成熟期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s3，并将植保无人机的喷药速率设为F3,设定F3=s3/(T预×Vd×2a);
其中，T预为预设作业时间，T预=(2x0+y0×i’)/Vd。
进一步地，所述调整模块设有调节单元，所述调节单元将采集到的农田的海拔f0与预设海拔f1进行比对，并根据比对结果计算出调节系数对植保无人机飞行速度进行调节，其中：
当f0＜f1时，所述调节单元不进行调节；
当f0≥f1时，所述调节单元设置调节系数α对植保无人机的飞行速度Vb进行调节，设定α=1+(f1-f0)/(f1+f0)，调节后的飞行速度为Vb’，设定Vb’=α×Vb，其中，b=1,2,3,4；
所述调整模块还设有修正单元，所述修正单元将采集的环境湿度h0与预设湿度h1进行比对，并根据比对结果计算出修正系数对植保无人机飞行速度调节过程进行修正，其中：
当h0＜h1时，所述修正单元不进行修正；
当h0≥h1时，所述修正单元设置修正系数β对调节系数进行修正，设定β=1+(h1-h0)/(h1+h0)，修正后的调节系数设为α1，设定α1=α×β。
进一步地，所述损害度计算单元对获取的叶片图像按照预设灰度值进行区域划分，并根据区域划分结果计算叶片损害度，其中：
当C1≤C0≤C2时，所述损害度计算单元将灰度值为C0的区域作为叶片区域；
当C0＞C2或C0＜C1时，所述损害度计算单元将灰度值为C0的区域作为损害区域；
所述损害度计算单元将叶片损害度设为n,设定n=S1/(S1+S2)。
进一步地，所述评价单元将叶片损害度与预设损害度进行比对，并根据比对结果对植保无人机上一作业的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机喷药速率的分析过程进行校正，其中：
当n＞n0时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果满足要求；
当n0≤n≤n1时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果不满足要求；
当n＞n1时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果完全不满足要求；
若植保无人机上一作业的作业效果不满足要求时，所述评价单元设置校正系数γ对用药量sc进行校正，设定γ=1+(n0-n)/(n0+n1)，校正后的用药量为sc1，设定sc1=sc×γ；
若植保无人机上一作业的作业效果完全不满足要求时，所述评价单元根据校正系数γ对用药量sc和预设高度△L进行校正，校正后的用药量为sc1，校正后的预设高度为△L’，设定△L’=△L×γ。
进一步地，所述评价优化模块设有评价调节单元，所述评价调节单元将采集的作业周期内每天的环境温度分别与预设温度进行比对，根据比对结果分析出温度状态，并统计温度异常的天数，将温度异常的天数A0与预设天数A1进行比对，根据比对结果计算出优化调节系数对预设损害度进行调节，其中：
当tmin≤tB≤tmax时，所述评价调节单元判定该环境温度为温度正常；
当tB＜tmin或tB＞tmax时，所述评价调节单元判定该环境温度为温度异常；
若A0≤A1,所述评价调节单元不进行调节；
若A0＞A1,所述评价调节单元设置优化调节系数m1对预设损害度n0进行调节,设定m1=1-(A0-A1)/(A0+A1)，调节后的预设损害度n0设为n0’,设定n0’=n0×mj,j=1,2；
其中，1≤B≤T2-T1,T2-T1为作业周期，T1为植保无人机上一作业的作业时间，T2为植保无人机当前作业的作业时间；
所述评价优化模块还设有评价修正单元，所述评价修正单元将将采集的植保无人机作业周期的降水量与预设降水量进行比对，根据比对结果计算出评价修正系数对预设损害度的调节过程进行修正，其中：
当u≤u0时，所述评价修正单元不进行修正；
当u＞u0时，所述评价修正单元设置评价修正系数U对评价调节系数进行修正,设定U=1-(u-u0)/(u+u0)，修正后的优化调节系数设为mj’,设定mj’=mj×U。
进一步地，所述反馈优化模块将一个生产周期内农作物的产量w0与预设产量进行比对，并根据比对结果计算出优化系数对下一生产周期植保无人机喷洒速率的分析过程进行优化，其中：
当w0＜w1时，所述反馈优化模块设置优化系数k对农田的用药量Sc进行优化，设定k=1+(w1-w0)/(w1+w0);
当w0≥w1时，所述反馈优化模块不进行优化；
所述反馈优化模块根据优化系数k对农田的用药量Sc进行优化，并将优化后的农田的用药量设为Sc2，设定Sc2=k×Sc，c=1,2,3。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，所述飞行轨迹分析单元通过设置轨迹点以确定植保无人机的飞行轨迹，使得植保无人机在预设轨迹上飞行，通过设置预设喷洒宽度以提高轨迹点的准确性，从而提高作业效率，进而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述飞行高度分析单元通过设置预设高度对植保无人机的飞行高度进行分析，以提高植保无人机的飞行高度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，飞行速度分析单元通过设置预设角度和预设风速对采集的风向和风速进行分析，以提高飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述喷药速率分析单元通过对不同的农作物生长阶段设置不同的用药量，以减少病虫害对农作物的伤害，从而提高植保无人机作业的效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述调节单元通过设置预设海拔以提高调节系数的准确性，减少海拔因素对植保无人机飞行速度的影响，以提高推送的植保无人机飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述修正单元通过设置预设适度以提高修正系数的准确性，减少湿度因素对植保无人机飞行速度的影响，以提高推送的植保无人机飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述损害度计算单元通过设置预设像素阈值以提高损害点的准确性，进而提高叶片损害度的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述评价单元通过设置预设损害度以提高评价结果的准确性，并优化下一作业的用药量，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述评价调节单元通过设置预设温度以提高优化调节系数的准确性，以减少温度因素对预设损害度的影响，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述评价修正单元通过设置预设降水量以提高评价修正系数的准确性，以减少降水量这一因素对预设损害度的影响，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述反馈优化模块通过设置预设产量提高优化系数的准确性，进而提高植保无人机喷药速率的准确性，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率。
附图说明
图1为本实施例植保无人机作业效果评价系统的结构示意图；
图2为本实施例分析模块的结构示意图；
图3为本实施例调整模块的结构示意图；
图4为本实施例评价模块的结构示意图；
图5为本实施例评价优化模块的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1所示，其为本实施例植保无人机作业效果评价系统的结构示意图，所述系统包括，
采集模块，用以采集农作物生长参数和环境参数，所述生长参数包括农作物的高度、农作物的生长阶段和一个生产周期内农作物的产量，所述生产周期为农作物从播种到收成的时长，所述环境参数包括降水量、环境温度、环境湿度、风速、风向、农田的海拔和作业区域信息，所述作业区域信息包括作业区域的长度、作业区域的宽度和作业区域坐标系，所述作业区域为农田的外切矩形，所述作业区域的长度为外切矩形的长度，所述作业区域的宽度为外切矩形的宽度，所述作业区域坐标系是以外切矩形的下边为X轴，左边为Y轴建立平面直角坐标系；本实施例中不对农作物的生长参数和环境参数的采集方式作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足农作物的生长参数和环境参数的采集要求即可，如农作物生长参数和环境参数可通过各类智能传感器获取，其中农作物的生长阶段通过交互获取；
分析模块，用以根据采集的农作物的生长阶段、作业区域信息、风速和风向对植保无人机的飞行参数和喷药速率进行分析，所述飞行参数包括飞行高度、飞行速度和飞行轨迹，分析模块与所述采集模块连接；
调整模块，用以根据采集到的农田的海拔高度与环境湿度对植保无人机飞行参数的分析过程进行调整，调整模块与所述分析模块连接；
推送模块，用以对植保无人机飞行参数和喷药速率的分析结果进行进行推送，推送模块与所述调整模块连接；
获取模块，用以获取农作物图像中的叶片图像，本实施例中所述农作物图像是通过植保无人机的摄像头在拍摄区域拍摄获取，本实施例中设有若干拍摄区域，本实施例中不对拍摄区域的设置作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足拍摄区域的设置要求即可，如将作业区域等分为八个矩形区域，并将每个矩形区域的中心区域0.25m2的面积设为一个拍摄区域等，本实施例中不对叶片图像的获取方式进行限定，本领域技术人员可自由设置，如根据灰度值对获取的农作物图像进行区域划分，将灰度值相同的区域作为同一区域，并获取各区域的轮廓曲线作为区域形状，将区域形状与叶片形状相同的区域作为叶片图像等，还可设置其他叶片图像的获取方式，只需满足对农作物图像中叶片图像的获取需求即可；
评价模块，用以根据获取的叶片的图像信息对植保无人机的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机飞行参数的分析过程进行校正，评价模块与获取模块连接；
评价优化模块，用以根据采集的环境温度和降水量对植保无人机的作业效果的评价过程进行优化，评价优化模块与所述评价模块连接；
反馈优化模块，用以根据农作物的产量对下一生产周期植保无人机的喷洒速率的分析过程进行优化，反馈优化模块与所述评价优化模块连接。
请参阅图2所示，其为本实施例分析模块的结构示意图，所述分析模块包括，
飞行轨迹分析单元，用以根据采集的农田的边界信息对植保无人机的飞行轨迹进行分析；
飞行高度分析单元，用以根据采集的农作物生长高度对植保无人机的飞行高度进行分析，飞行高度分析单元与所述飞行轨迹分析单元连接；
飞行速度分析单元，用以根据采集的风速和风向对植保无人机的飞行速度进行分析，飞行速度分析单元与所述飞行高度分析单元连接；
喷药速率分析单元，用以根据采集农作物生长阶段和飞行速度的分析结果对植保无人机的喷药速率进行分析，喷药速率分析单元与所述飞行速度分析单元连接；
请参阅图3所示，其为本实施例调整模块的结构示意图，所述调整模块包括，
调节单元，用以根据采集到的农田的海拔高度对植保无人机的飞行参数的分析过程进行调节；
修正单元，用以根据采集到的环境湿度对植保无人机的飞行参数分析过程的调节过程进行修正，修正单元与所述调节单元连接。
请参阅图4所示，其为本实施例评价模块的结构示意图，所述评价模块包括，
损害度计算单元，用以根据获取的叶片图像信息计算叶片损害度；
评价单元，用以根据叶片损害度的计算结果对植保无人机的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机喷洒速率的分析过程进校正，评价单元与所述损害度计算单元连接；
请参阅图5所示，其为本实施例评价优化模块的结构示意图，所述评价优化模块包括，
评价调节单元，用以根据采集的环境温度对植保无人机作业效果的评价过程进行调节；
评价修正单元，用以根据采集的降水量对植保无人机作业效果的评价过程的调节过程进行修正，评价修正单元与评价调节单元连接。
具体而言，本实施例应用于植保无人机在山地的农田的作业，通过采集农作物的生长参数和环境参数对植保无人机的飞行参数进行分析，并根据农作物叶片损害度对植保无人机的作业效果进行评价，从而提高植保无人机的作业效率，进而提高对植保无人机作业效果的评价效率。
具体而言，所述飞行轨迹分析单元通过设置轨迹点以确定植保无人机的飞行轨迹，使得植保无人机在预设轨迹上飞行，通过设置预设喷洒宽度以提高轨迹点的准确性，从而提高作业效率，进而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述飞行高度分析单元通过设置预设高度对植保无人机的飞行高度进行分析，以提高植保无人机的飞行高度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，飞行速度分析单元通过设置预设角度和预设风速对采集的风向和风速进行分析，以提高飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述喷药速率分析单元通过对不同的农作物生长阶段设置不同的用药量，以减少病虫害对农作物的伤害，从而提高植保无人机作业的效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述调节单元通过设置预设海拔以提高调节系数的准确性，减少海拔因素对植保无人机飞行速度的影响，以提高推送的植保无人机飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述修正单元通过设置预设适度以提高修正系数的准确性，减少湿度因素对植保无人机飞行速度的影响，以提高推送的植保无人机飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述损害度计算单元通过设置预设像素阈值以提高损害点的准确性，进而提高叶片损害度的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述评价单元通过设置预设损害度以提高评价结果的准确性，并优化下一作业的用药量，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述评价调节单元通过设置预设温度以提高优化调节系数的准确性，以减少温度因素对预设损害度的影响，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述评价修正单元通过设置预设降水量以提高评价修正系数的准确性，以减少降水量这一因素对预设损害度的影响，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率，所述反馈优化模块通过设置预设产量提高优化系数的准确性，进而提高植保无人机喷药速率的准确性，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率。
具体而言，所述飞行轨迹分析单元根据采集的作业区域信息对植保无人机的飞行轨迹进行分析，所述飞行轨迹单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y),其中:
当i为奇数时，所述飞行轨迹分析单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y)=Pi(a×i,|cos(i-1)|×(π/2)×y0);
当i为偶数时，所述飞行轨迹分析单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y)=Pi(a×(i-1),|cos(i-1)|×(π/2)×y0);
所述飞行轨迹分析单元将各轨迹点按照排列顺序连接成曲线，并将该曲线作为植保无人机的飞行轨迹；
其中,a为预设喷洒宽度的1/2，x0为农田外切矩形的长度，y0为农田外切矩形的宽度，0＜i≤i’,其中i’为x0/2a+1向上取整的结果，当喷洒宽度为2a时，所述植保无人机的预设最大飞行高度为L0。
具体而言，所述飞行轨迹分析单元通过设置轨迹点以确定植保无人机的飞行轨迹，使得植保无人机在预设轨迹上飞行，通过设置预设喷洒宽度以提高轨迹点的准确性，从而提高作业效率，进而提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设宽度和预设最大飞行高度的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设宽度和预设最大飞行高度的取值要求即可，其中当植保无人机为小型无人机时，预设宽度的最佳取值为4m，L0的最佳取值为6m。
具体而言，所述飞行高度分析单元根据采集的农作物生长高度对植保无人机的飞行高度进行分析，所述飞行高度分析单元将植保无人机的飞行高度设为L，设定L=L1+△L，当L＞L0时，取L=L0，其中L1为采集的农作物的生长高度，△L为预设高度；
当L＜L2时，所述植保无人机的最大预设飞行速度为Vv1；
当L2≤L≤L0时，所述植保无人机的最大预设飞行速度为Vv2，Vv1＜Vv2，其中L2为预设高度阈值，Vv1为第一速度阈值，Vv2为第二速度阈值。
具体而言，所述飞行高度分析单元通过设置预设高度对植保无人机的飞行高度进行分析，以提高植保无人机的飞行高度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设高度△L、预设高度阈值、第一速度阈值和第二速度阈值的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设高度△L、预设高度阈值、第一速度阈值和第二速度阈值的取值要求即可，其中，当植保无人机的类型为小型植保无人机时，预设高度的最佳取值为3m，预设高度阈值的最佳取值为2m，第一速度阈值的最佳取值为7.2km/h,第一速度阈值的最佳取值为12km/h。
具体而言，所述飞行速度分析单元将采集的风向角θ1与植保无人机的飞行角度θ2进行差值计算，并根据计算结果△θ和采集的风速v0对植保无人机的飞行速度进行分析，其中：
当△θ＜θ3且v0＜v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V1,设定V1=V0-V0’×(1-△θ/θ3)；
当△θ＜θ3且v0≥v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V2,设定V1=V0-V0’×(1-△θ/θ3)×[1-(v1-v0)/(v1+v0)];
当△θ≥θ3且v0＜v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V3,设定V3=V0+V0’×[1-(△θ-θ3)/θ3];
当△θ≥θ3且v0≥v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V4,设定V4=V0+V0’×[1-(△θ-θ3)/θ3]×[1-(v1-v0)/(v1+v0)];
其中,△θ=|θ1-θ2|，V0为预设速度，V0’为预设标准速度差；
当L2≤L≤L0且Vd＞Vv1时，取Vd=Vv1;
当L≤L2且Vd＞Vv2时，取Vd=Vv2。
具体而言，所述飞行速度分析单元通过设置预设角度和预设风速对采集的风向和风速进行分析，以提高飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设角度、预设风速、预设速度、预设标准速度差的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足其取值要求即可，其中预设角度的最佳取值为88.2°，预设风速的最佳取值为4.5m/s，预设速度的最佳取值为12m/s，预设标准速度差的最佳取值为4m/s。
具体而言，所述喷药速率分析单元获取农作物生长阶段，并根据不同生长阶段的用药量和飞行速度的分析结果对植保无人机的喷药速率进行分析，其中：
当农作物的生长状态为幼苗期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s1，并将植保无人机的喷药速率设为F1,设定F1=s1/(T预×Vd×2a);
当农作物的生长状态为生长期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s2，并将植保无人机的喷药速率设为F2,设定F2=s2/(T预×Vd×2a);
当农作物的生长状态为成熟期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s3，并将植保无人机的喷药速率设为F3,设定F3=s3/(T预×Vd×2a);
其中，T预为预设作业时间，T预=(2x0+y0×i’)/Vd。
具体而言，所述喷药速率分析单元通过对不同的农作物生长阶段设置不同的用药量，以减少病虫害对农作物的伤害，从而提高植保无人机作业的效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施中不对农作物的用药量作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足用药量的设置条件即可，如病虫害为蚜虫时，s1的最佳取值为92克/亩，s2的最佳取值为203克/亩，s1的最佳取值为263克/亩。
具体而言，所述调节单元将采集到的农田的海拔f0与预设海拔f1进行比对，并根据比对结果计算出调节系数对植保无人机飞行速度调节，其中：
当f0＜f1时，所述调节单元不进行调节；
当f0≥f1时，所述调节单元设置调节系数α对植保无人机的飞行速度Vb进行调节，设定α=1+(f1-f0)/(f1+f0)，调节后的飞行速度为Vb’，设定Vb’=α×Vb，其中，b=1,2,3,4。
具体而言，所述调节单元通过设置预设海拔以提高调节系数的准确性，减少海拔因素对植保无人机飞行速度的影响，以提高推送的植保无人机飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设海拔的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设海拔的取值要求即可，其中，预设海拔f1的最佳取值为600m。
具体而言，所述修正单元将采集的环境湿度h0与预设湿度h1进行比对，并根据比对结果计算出修正系数对植保无人机飞行速度调节过程进行修正，其中：
当h0＜h1时，所述修正单元不进行修正；
当h0≥h1时，所述修正单元设置修正系数β对调节系数进行修正，设定β=1+(h1-h0)/(h1+h0)，修正后的调节系数设为α1，设定α1=α×β。
具体而言，所述修正单元通过设置预设适度以提高修正系数的准确性，减少湿度因素对植保无人机飞行速度的影响，以提高推送的植保无人机飞行速度的准确性，进而提高植保无人机的工作效率，同时提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设湿度的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设湿度的取值要求即可，其中，预设海拔h1的最佳取值为70RH。
具体而言，所述损害度计算单元对获取的叶片图像按照预设灰度值进行区域划分，并根据区域划分结果计算叶片损害度，其中：
当C1≤C0≤C2时，所述损害度计算单元将灰度值为C0的区域作为叶片区域；
当C0＞C2或C0＜C1时，所述损害度计算单元将灰度值为C0的区域作为损害区域；
所述损害度计算单元将叶片损害度设为n,设定n=S1/(S1+S2)；
其中，C1为预设最小灰度值，C2为预设最大灰度值，S1为叶片图像中损害区域面积，S2为叶片图像中叶片区域面积。
具体而言，所述损害度计算单元通过设置预设灰度阈值以提高损害区域的准确性，进而提高叶片损害度的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设灰度值的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设灰度值的取值要求即可，其中，在光照充足的情况下，C1的最佳取值为99,C2的最佳取值为199。
具体而言，所述评价单元将叶片损害度与预设损害度进行比对，并根据比对结果对植保无人机上一作业的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机喷药速率的分析过程进行校正，其中：
当n＞n0时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果满足要求；
当n0≤n≤n1时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果不满足要求；
当n＞n1时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果完全不满足要求；
若植保无人机上一作业的作业效果不满足要求时，所述评价单元设置校正系数γ对用药量sc进行校正，设定γ=1+(n0-n)/(n0+n1)，校正后的用药量为sc1，设定sc1=sc×γ；
若植保无人机上一作业的作业效果完全不满足要求时，所述评价单元根据校正系数γ对用药量sc和预设高度△L进行校正，校正后的用药量为sc1，校正后的预设高度为△L’，设定△L’=△L×γ。
具体而言，所述评价单元通过设置预设损害度以提高评价结果的准确性，并优化下一作业的用药量，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设损害度的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设损害度的取值要求即可，其中n0的最佳取值为13%，n1的最佳取值为21%。
具体而言，所述评价优化模块设有评价调节单元，所述评价调节单元将采集的作业周期内每天的环境温度分别与预设温度进行比对，根据比对结果分析出温度状态，并统计温度异常的天数，将温度异常的天数A0与预设天数A1进行比对，根据比对结果计算出优化调节系数对预设损害度进行调节，其中：
当tmin≤tB≤tmax时，所述评价调节单元判定该环境温度为温度正常；
当tB＜tmin或tB＞tmax时，所述评价调节单元判定该环境温度为温度异常；
若A0≤A1,所述评价调节单元不进行调节；
若A0＞A1,所述评价调节单元设置优化调节系数m1对预设损害度n0进行调节,设定m1=1-(A0-A1)/(A0+A1)，调节后的预设损害度n0设为n0’,设定n0’=n0×mj,j=1,2；
其中，1≤B≤T2-T1,T2-T1为作业周期，T1为植保无人机上一作业的作业时间，T2为植保无人机当前作业的作业时间，tmin为预设温度的最小温度，tmax为预设温度的最大温度。
具体而言，所述评价调节单元通过设置预设温度以提高优化调节系数的准确性，以减少温度因素对预设损害度的影响，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设温度和预设天数的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设温度的取值要求即可，如若在夏季，tmin的最佳取值为22°，tmax的最佳取值为30°，A1的最佳取值为5天。
具体而言，所述评价修正单元将将采集的植保无人机作业周期的降水量与预设降水量进行比对，根据比对结果计算出评价修正系数对预设损害度的调节过程进行修正，其中：
当u≤u0时，所述评价修正单元不进行修正；
当u＞u0时，所述评价修正单元设置评价修正系数U对评价调节系数进行修正,设定U=1-(u-u0)/(u+u0)，修正后的优化调节系数设为mj’,设定mj’=mj×U；
其中，u=u1+u2+u3+...+uT2-T1，u1,u2...uB为将采集的植保无人机作业周期内第B天的降水量。
具体而言，所述评价修正单元通过设置预设降水量以提高评价修正系数的准确性，以减少降水量这一因素对预设损害度的影响，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设降水量的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设降水量的取值要求即可，其中，u0的最佳取值为63mm。
具体而言，所述反馈优化模块将一个生产周期内农作物的产量w0与预设产量进行比对，并根据比对结果计算出优化系数对下一生产周期植保无人机喷洒速率的分析过程进行优化，其中：
当w0＜w1时，所述反馈优化模块设置优化系数k对农田的用药量Sc进行优化，设定k=1+(w1-w0)/(w1+w0);
当w0≥w1时，所述反馈优化模块不进行优化；
所述反馈优化模块根据优化系数k对农田的用药量Sc进行优化，并将优化后的农田的用药量设为Sc2，设定Sc2=k×Sc，c=1,2,3。
具体而言，所述反馈优化模块通过设置预设产量提高优化系数的准确性，进而提高植保无人机喷药速率的准确性，进而提高评价结果的准确性，从而提高对植保无人机作业效果的评价效率；本实施例中不对预设产量的取值作具体限定，本领域技术人员可自由设置，只需满足预设产量的取值要求即可，如若种植的农作物为玉米时，预设产量的最佳取值为6t/ha。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，包括，
采集模块，用以采集农作物生长参数和环境参数；
分析模块，用以根据采集的农作物的生长阶段、作业区域信息、风速和风向对植保无人机的飞行参数和喷药速率进行分析；
调整模块，用以根据采集到的农田的海拔高度与环境湿度对植保无人机飞行参数的分析过程进行调整；
推送模块，用以对植保无人机飞行参数和喷药速率的分析结果进行进行推送；
获取模块，用以获取农作物图像中的叶片图像；
评价模块，用以根据获取的叶片的图像信息对植保无人机的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机飞行参数的分析过程进行校正，所述评价模块设有损害度计算单元，其用以根据获取的叶片图像信息计算叶片损害度，所述评价模块还设有评价单元，其用以根据叶片损害度的计算结果对植保无人机的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机喷洒速率的分析过程进校正；
评价优化模块，用以根据采集的环境温度和降水量对植保无人机的作业效果的评价过程进行优化；
反馈优化模块，用以根据农作物的产量对下一生产周期植保无人机的喷洒速率的分析过程进行优化。
2.根据权利要求1所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述分析模块设有飞行轨迹分析单元，所述飞行轨迹分析单元根据采集的作业区域信息对植保无人机的飞行轨迹进行分析，所述飞行轨迹单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y),其中:
当i为奇数时，所述飞行轨迹分析单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y)=Pi(a×i,|cos(i-1)|×(π/2)×y0);
当i为偶数时，所述飞行轨迹分析单元将第i个轨迹点在作业区域坐标系中的坐标设为Pi(x,y)=Pi(a×(i-1),|cos(i-1)|×(π/2)×y0);
所述飞行轨迹分析单元将各轨迹点按照排列顺序连接成曲线，并将该曲线作为植保无人机的飞行轨迹；
其中,a为预设喷洒宽度的1/2，x0为农田外切矩形的长度，y0为农田外切矩形的宽度，0＜i≤i’,其中i’为x0/2a+1向上取整的结果，当喷洒宽度为2a时，所述植保无人机的预设最大飞行高度为L0。
3.根据权利要求2所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述分析模块还设有飞行高度分析单元，所述飞行高度分析单元根据采集的农作物生长高度对植保无人机的飞行高度进行分析，所述飞行高度分析单元将植保无人机的飞行高度设为L，设定L=L1+△L，当L＞L0时，取L=L0，其中L1为采集的农作物的生长高度，△L为预设高度；
当L＜L2时，所述植保无人机的最大预设飞行速度为Vv1；
当L2≤L≤L0时，所述植保无人机的最大预设飞行速度为Vv2，Vv1＜Vv2，其中L2为预设高度阈值，Vv1为第一速度阈值，Vv2为第二速度阈值。
4.根据权利要求3所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述分析模块还设有飞行速度分析单元，所述飞行速度分析单元将采集的风向角θ1与植保无人机的飞行角度θ2进行差值计算，并根据计算结果△θ和采集的风速v0对植保无人机的飞行速度进行分析，其中：
当△θ＜θ3且v0＜v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V1,设定V1=V0-V0’×(1-△θ/θ3)；
当△θ＜θ3且v0≥v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V2,设定V1=V0-V0’×(1-△θ/θ3)×[1-(v1-v0)/(v1+v0)];
当△θ≥θ3且v0＜v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V3,设定V3=V0+V0’×[1-(△θ-θ3)/θ3];
当△θ≥θ3且v0≥v1时，所述飞行速度分析单元将飞行速度设为V4,设定V4=V0+V0’×[1-(△θ-θ3)/θ3]×[1-(v1-v0)/(v1+v0)];
其中,△θ=|θ1-θ2|，V0为预设速度，V0’为预设标准速度差；
当L2≤L≤L0且Vd＞Vv1时，取Vd=Vv1;
当L≤L2且Vd＞Vv2时，取Vd=Vv2。
5.根据权利要求4所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述分析模块还设有喷药速率分析单元，所述喷药速率分析单元获取农作物生长阶段，并根据不同生长阶段的用药量和飞行速度的分析结果对植保无人机的喷药速率进行分析，其中：
当农作物的生长状态为幼苗期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s1，并将植保无人机的喷药速率设为F1,设定F1=s1/(T预×Vd×2a);
当农作物的生长状态为生长期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s2，并将植保无人机的喷药速率设为F2,设定F2=s2/(T预×Vd×2a);
当农作物的生长状态为成熟期时，所述喷药速率分析单元判定对农作物的用药量为s3，并将植保无人机的喷药速率设为F3,设定F3=s3/(T预×Vd×2a);
其中，T预为预设作业时间，T预=(2x0+y0×i’)/Vd。
6.根据权利要求5所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述调整模块设有调节单元，所述调节单元将采集到的农田的海拔f0与预设海拔f1进行比对，并根据比对结果计算出调节系数对植保无人机飞行速度进行调节，其中：
当f0＜f1时，所述调节单元不进行调节；
当f0≥f1时，所述调节单元设置调节系数α对植保无人机的飞行速度Vb进行调节，设定α=1+(f1-f0)/(f1+f0)，调节后的飞行速度为Vb’，设定Vb’=α×Vb，其中，b=1,2,3,4；
所述调整模块还设有修正单元，所述修正单元将采集的环境湿度h0与预设湿度h1进行比对，并根据比对结果计算出修正系数对植保无人机飞行速度调节过程进行修正，其中：
当h0＜h1时，所述修正单元不进行修正；
当h0≥h1时，所述修正单元设置修正系数β对调节系数进行修正，设定β=1+(h1-h0)/(h1+h0)，修正后的调节系数设为α1，设定α1=α×β。
7.根据权利要求1所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述损害度计算单元对获取的叶片图像按照预设灰度值进行区域划分，并根据区域划分结果计算叶片损害度，其中：
当C1≤C0≤C2时，所述损害度计算单元将灰度值为C0的区域作为叶片区域；
当C0＞C2或C0＜C1时，所述损害度计算单元将灰度值为C0的区域作为损害区域；
所述损害度计算单元将叶片损害度设为n,设定n=S1/(S1+S2)。
8.根据权利要求7所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述评价单元将叶片损害度与预设损害度进行比对，并根据比对结果对植保无人机上一作业的作业效果进行评价，并根据评价结果对植保无人机喷药速率的分析过程进行校正，其中：
当n＞n0时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果满足要求；
当n0≤n≤n1时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果不满足要求；
当n＞n1时，所述评价单元判定植保无人机上一作业的作业效果完全不满足要求；
若植保无人机上一作业的作业效果不满足要求时，所述评价单元设置校正系数γ对用药量sc进行校正，设定γ=1+(n0-n)/(n0+n1)，校正后的用药量为sc1，设定sc1=sc×γ；
若植保无人机上一作业的作业效果完全不满足要求时，所述评价单元根据校正系数γ对用药量sc和预设高度△L进行校正，校正后的用药量为sc1，校正后的预设高度为△L’，设定△L’=△L×γ。
9.根据权利要求8所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述评价优化模块设有评价调节单元，所述评价调节单元将采集的作业周期内每天的环境温度分别与预设温度进行比对，根据比对结果分析出温度状态，并统计温度异常的天数，将温度异常的天数A0与预设天数A1进行比对，根据比对结果计算出优化调节系数对预设损害度进行调节，其中：
当tmin≤tB≤tmax时，所述评价调节单元判定该环境温度为温度正常；
当tB＜tmin或tB＞tmax时，所述评价调节单元判定该环境温度为温度异常；
若A0≤A1,所述评价调节单元不进行调节；
若A0＞A1,所述评价调节单元设置优化调节系数m1对预设损害度n0进行调节,设定m1=1-(A0-A1)/(A0+A1)，调节后的预设损害度n0设为n0’,设定n0’=n0×mj,j=1,2；
其中，1≤B≤T2-T1,T2-T1为作业周期，T1为植保无人机上一作业的作业时间，T2为植保无人机当前作业的作业时间；
所述评价优化模块还设有评价修正单元，所述评价修正单元将将采集的植保无人机作业周期的降水量与预设降水量进行比对，根据比对结果计算出评价修正系数对预设损害度的调节过程进行修正，其中：
当u≤u0时，所述评价修正单元不进行修正；
当u＞u0时，所述评价修正单元设置评价修正系数U对评价调节系数进行修正,设定U=1-(u-u0)/(u+u0)，修正后的优化调节系数设为mj’,设定mj’=mj×U。
10.根据权利要求5所述的植保无人机作业效果评价系统，其特征在于，所述反馈优化模块将一个生产周期内农作物的产量w0与预设产量进行比对，并根据比对结果计算出优化系数对下一生产周期植保无人机喷洒速率的分析过程进行优化，其中：
当w0＜w1时，所述反馈优化模块设置优化系数k对农田的用药量Sc进行优化，设定k=1+(w1-w0)/(w1+w0);
当w0≥w1时，所述反馈优化模块不进行优化；
所述反馈优化模块根据优化系数k对农田的用药量Sc进行优化，并将优化后的农田的用药量设为Sc2，设定Sc2=k×Sc，c=1,2,3。
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